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摘要：随着社会的发展，人们对于物质的需求及市场价格的变化使得建筑成本逐步上升，利用结构设计优化的方法来对建筑结构的设计进行优化是实现资源最大化的重要措施。本文首先分析了房屋建筑结构进行优化设计的必要性，然后提出了优化设计的方法，最后从四大方面详细探讨了房屋建筑结构优化设计的要点。
关键词：房屋建筑； 结构； 优化设计
中图分类号：TU8文献标识码： A
一、房屋建筑结构优化设计的必要性
为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下， 通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计， 使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。
通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价 5%～30%的目的。但是在实际的工程设计中，很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如，工程的设计进度的要求，使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求；再者，由于知识水平的限制，傻瓜化的设计软件使得年轻设计人员对优化设计的理解缺乏，更谈不上有效合理的优化设计，大部分设计人员在所谓优化设计中总着眼于局部部位而忽略了结构总体方案的设计，没有从总体布局上考虑造价的控制。
为此，为了降低工程造价的成本，提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的设计把握非常必要，只有加强技术和经济效益的有效结合，通过合理的优化设计方案，达到降低工程造价的目的，创造更大的社会效益。
二、房屋建筑结构优化设计的方法
（一） 概念设计优化
对于同一个建筑方案可以有不同的实现途径和结构设计；对于我们分析的设计方案，由于参数、荷载、所用的材料的不同都会导致各项的取值是不尽相同的，对于建筑物结构设计的细节处理方法也不是唯一的，这就需要我们设计人员根据自己多年的经验和实际的理论以及当时的情况进行自行的判断，计算机是无法解决这些不确定的问题的。但是我们的判断也只能在结构设计规律的指导下进行主观的概念设计，而这种概念设计是设计人员在多种备选方案中的选择过程。
（二）结构设计的优化分解法
该方法是将建筑工程结构设计的优化问题分解成比较小的子问题，如基础、 屋架、梁、柱等。优化过程分为两级。第一级是对各个子问题单独进行优化处理。这时可以根据各种不同类型的结构如框架、梁、柱等即各子问题的特点，分别采用各不相同的优化方法第二级是对第一级子问题的优化方法进行综合调整。循环几次后，即可得到各自适应的优化方法。这种方法的优化过程具有良好的收敛性， 且计算工作量较小。
（三）结构设计的变换分析优化求解法
该方法是把优化目标当作优化依据，对影响结构设计的各个因素进行分析，从而得出一个规律或者方向，以指导结构设计的优化。继而再用优化方法达到结构整体最优化的目的。
（四）借助计算机进行准确的结构计算
一体化计算机结构设计程序的不断完善和全面应用，使结构工程师从繁重复杂的结构计算中解脱出来。工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：不能盲目的依赖计算机，对于输入的几何图形，构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。
三、房屋建筑结构优化设计的要点
（一）加强设计中房屋建筑结构形式的选用不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。
1、加强砌体结构的设计
作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不事宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过 2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。
2、加强底部框架剪力的设计
底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题，因此对建筑平面的要求较为严格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、 厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。
（二）加强剪力墙的设计
剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成， 从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。
因此，在房屋建筑结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宣将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。
（三）细部的优化设计
1、关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题
阳角面积可砍成直角或斜角。如果底板钢筋双向双排， 且在悬挑部分不变， 阳角不必加辐射筋。
2、关于箱、筏基础底板的挑板问题
虽然在计算时此处板并不应按挑板计算，当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；當地下水位很高， 出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。
3、关于梁、板的计算跨度
梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念， 将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋取二者大值配筋。(借用台阶式独立基础变截面处的概念)柱子也可认为是超大截面梁， 所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题。
4、基坑开挖结构优化
基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基， 计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
5、抗震缝
抗震缝应加大， 经统计， 按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞， 故应增大抗震缝间距。
6、回弹再压缩基坑开挖
关于回弹再压缩基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹， 坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
7、主梁有次梁处加附加筋
总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。
8、一般情况下，悬挑梁宜做成等截面，尤其出挑长度较短时与挑板不同，挑梁的自重占总荷载的比例很小，作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋，每个都不一样，加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁，当然，外露的大挑梁，可适当变截面，使感官效果好些。
（四）材料的优化选择
房屋建筑结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。梁板以受弯为主，可采用高强度钢筋，以减少钢筋用量，同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配，最大限度地发挥出材料的性能。
四、结束语
综上，对房屋建筑结构进行设计的根本目的就是要保证其具备足够的安全性、 功能性和耐久性，同时最大限度的降低其施工的成本，并延长其使用寿命，而建筑结构的优化设计就是一个有效的措施。因此设计人员在实际设计的过程中， 应通力协作，大力的推广和应用优化技术，从而为房屋建筑结构选择最为经济合理的设计方案。
参考文献
[1]徐慧.浅谈房屋建筑结构设计中的常见问题分析[J].中华民居， 2013.2.
[2]张利民.房屋建筑工程中结构设计优化技术分析[J].科技创新导报， 2012.10.
[3]魏利全.建筑结构设计常遇问题反对策[M].北京:中国电力出版社， 2009.
关键词：房屋建筑； 结构； 优化设计
中图分类号：TU8文献标识码： A
一、房屋建筑结构优化设计的必要性
为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下， 通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计， 使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。
通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价 5%～30%的目的。但是在实际的工程设计中，很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如，工程的设计进度的要求，使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求；再者，由于知识水平的限制，傻瓜化的设计软件使得年轻设计人员对优化设计的理解缺乏，更谈不上有效合理的优化设计，大部分设计人员在所谓优化设计中总着眼于局部部位而忽略了结构总体方案的设计，没有从总体布局上考虑造价的控制。
为此，为了降低工程造价的成本，提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的设计把握非常必要，只有加强技术和经济效益的有效结合，通过合理的优化设计方案，达到降低工程造价的目的，创造更大的社会效益。
二、房屋建筑结构优化设计的方法
（一） 概念设计优化
对于同一个建筑方案可以有不同的实现途径和结构设计；对于我们分析的设计方案，由于参数、荷载、所用的材料的不同都会导致各项的取值是不尽相同的，对于建筑物结构设计的细节处理方法也不是唯一的，这就需要我们设计人员根据自己多年的经验和实际的理论以及当时的情况进行自行的判断，计算机是无法解决这些不确定的问题的。但是我们的判断也只能在结构设计规律的指导下进行主观的概念设计，而这种概念设计是设计人员在多种备选方案中的选择过程。
（二）结构设计的优化分解法
该方法是将建筑工程结构设计的优化问题分解成比较小的子问题，如基础、 屋架、梁、柱等。优化过程分为两级。第一级是对各个子问题单独进行优化处理。这时可以根据各种不同类型的结构如框架、梁、柱等即各子问题的特点，分别采用各不相同的优化方法第二级是对第一级子问题的优化方法进行综合调整。循环几次后，即可得到各自适应的优化方法。这种方法的优化过程具有良好的收敛性， 且计算工作量较小。
（三）结构设计的变换分析优化求解法
该方法是把优化目标当作优化依据，对影响结构设计的各个因素进行分析，从而得出一个规律或者方向，以指导结构设计的优化。继而再用优化方法达到结构整体最优化的目的。
（四）借助计算机进行准确的结构计算
一体化计算机结构设计程序的不断完善和全面应用，使结构工程师从繁重复杂的结构计算中解脱出来。工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：不能盲目的依赖计算机，对于输入的几何图形，构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。
三、房屋建筑结构优化设计的要点
（一）加强设计中房屋建筑结构形式的选用不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。
1、加强砌体结构的设计
作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不事宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过 2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。
2、加强底部框架剪力的设计
底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题，因此对建筑平面的要求较为严格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、 厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。
（二）加强剪力墙的设计
剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成， 从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。
因此，在房屋建筑结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宣将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。
（三）细部的优化设计
1、关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题
阳角面积可砍成直角或斜角。如果底板钢筋双向双排， 且在悬挑部分不变， 阳角不必加辐射筋。
2、关于箱、筏基础底板的挑板问题
虽然在计算时此处板并不应按挑板计算，当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；當地下水位很高， 出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。
3、关于梁、板的计算跨度
梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念， 将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋取二者大值配筋。(借用台阶式独立基础变截面处的概念)柱子也可认为是超大截面梁， 所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题。
4、基坑开挖结构优化
基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基， 计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
5、抗震缝
抗震缝应加大， 经统计， 按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞， 故应增大抗震缝间距。
6、回弹再压缩基坑开挖
关于回弹再压缩基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹， 坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
7、主梁有次梁处加附加筋
总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。
8、一般情况下，悬挑梁宜做成等截面，尤其出挑长度较短时与挑板不同，挑梁的自重占总荷载的比例很小，作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋，每个都不一样，加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁，当然，外露的大挑梁，可适当变截面，使感官效果好些。
（四）材料的优化选择
房屋建筑结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。梁板以受弯为主，可采用高强度钢筋，以减少钢筋用量，同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配，最大限度地发挥出材料的性能。
四、结束语
综上，对房屋建筑结构进行设计的根本目的就是要保证其具备足够的安全性、 功能性和耐久性，同时最大限度的降低其施工的成本，并延长其使用寿命，而建筑结构的优化设计就是一个有效的措施。因此设计人员在实际设计的过程中， 应通力协作，大力的推广和应用优化技术，从而为房屋建筑结构选择最为经济合理的设计方案。
参考文献
[1]徐慧.浅谈房屋建筑结构设计中的常见问题分析[J].中华民居， 2013.2.
[2]张利民.房屋建筑工程中结构设计优化技术分析[J].科技创新导报， 2012.10.
[3]魏利全.建筑结构设计常遇问题反对策[M].北京:中国电力出版社， 2009.